浅谈碳源投加位置对AAO工艺污水脱氮除磷效果的影响

陈瑞琦

（厦门水务中环污水处理有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

根据《水污染防治行动计划》，污水排放标准不断提高，《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002的一级A标准中，出水总氮低于15mg/L，出水总磷低于0.5mg/L。通常生物脱氮要求进水BOD/TN＞4，即碳氮比＞4，反硝化脱氮的原理是必须要以有机物碳源作为电子供体，将亚硝氮或硝氮还原为氮气，但现在我国许多城市的污水处理厂常因进水碳源不足，影响后续的脱氮效果，为了保证出水总氮能达到排放标准，需要在处理过程中补充碳源。

该文以厦门某水质净化厂为例，浅谈在污水处理厂不同工艺段投加碳源对脱氮除磷效果的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验方法

该试验在厦门某水质净化厂进行，该厂的二级生化处理采用AAO氧化沟工艺，深度处理采用反硝化生物滤池工艺，出水水质指标执行《厦门市水污染物排放标准》（DB35 322—2018）C级排放限值及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，即COD≤50mg/L，TN≤15mg/L工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

微生物与污水中有机污染物质充分混合接触，进而将其吸收并分解的场所。微生物交替处于厌氧和好氧状态，利用聚磷菌聚磷作用，将磷转移到污泥中除去；利用内回流系统将好氧段的混合液回流到缺氧段，通过微生物反硝化作用产生氮气，从而脱氮。

反硝化深床滤池是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元，采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，过滤中，硝态氮通过微生物膜的作用转化为氮气排出，最后达到一个具有脱氮和去除悬浮物功能的构筑物。

试验期间，该厂进水COD在106mg/L～388mg/L，均值为211mg/L，进水TN在19.9mg/L～46.6 mg/L，均值为34.3mg/L，处理水量在23万m～27万m，均值为24.7万m，碳氮比在1.20～4.47，均值为2.71，试验在夏天进行，水温为23℃～29℃。

该文研究的进水水质均值情况见表1。

表1 进水水质

试验中碳源选取30%乙酸钠溶液，通过厂内原设有的加药管路进行投加。

该试验根据碳源投加的位置不同设置了3个试验，每次试验10天，第I阶段将碳源全部投加在反硝化滤池进水前端，第Ⅱ阶段将碳源一半投加在AAO氧化沟缺氧段进水前端，一半投加在反硝化滤池进水前端，第Ⅲ阶段是将碳源全部投加在AAO氧化沟缺氧段进水前端，见表2。

表2 碳源投加位置

试验期间尽量不改变厂里主要工艺参数，外回流比控制在55%～60%、内回流比165%～170%，污泥浓度3000mg/L～4000mg/L，溶解氧0.5mg/L～1.5mg/L。反硝化滤池安排每天反冲洗一次，驱氮每4h～6h一次。

1.2 水质检测方法

COD采用重铬酸钾法，TN采用紫外分光光度法，硝态氮采用紫外分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法。

2 试验结果与分析

2.1 对总氮和硝态氮的影响

采用不同进水碳氮比进行试验，进水碳氮比选取3.5，3.0，2.5和2.0，观察碳源在不同工艺段投加时反硝化过程中各项指标的去除情况。

如图2所示，当进水碳氮比为3.5时，进水碳源较为充足，此时乙酸钠平均药耗为55.1mg/L，投加在3个阶段的出水总氮去除率都能达到74%以上。当进水碳氮比为3.0时，降低乙酸钠的投药量，乙酸钠的平均药耗为40.6mg/L，总氮去除率为73.7%。当进水碳氮比为2.5时，乙酸钠的平均药耗为51.5mg/L，总氮去除率为72.4%。

图2 碳氮比对出水总氮和硝态氮的影响

当进水碳氮比为2.0时，乙酸钠的平均药耗为42.9mg/L，总氮去除率为71.9%。说明当进水碳氮比在3.0以上、乙酸钠药耗在40mg/L时，总氮还是能够保持较高的去除率，随着进水碳氮比进一步一步下降，需要加大乙酸钠的药耗补充碳源，才能保证出水总氮的去除率在70%以上。

观察不同的碳源投加位置对硝态氮的影响。当进水碳氮比为3.5、乙酸钠投加在反硝化滤池进水端即第I阶段时，反硝化滤池出水硝态氮的平均去除率为37%。当乙酸钠开始在氧化沟进水端投加即第Ⅱ阶段时，硝态氮的去除率相比第I阶段出现下降。当第Ⅲ阶段时，硝态氮的去除率进一步下降，甚至出现负数的情况，即反硝化滤池出水的硝酸盐氮数值会高于氧化沟出水硝酸盐氮，说明当投加在反硝化滤池进水端的乙酸钠数量不足时，反硝化滤池内的反硝化反应不完全。另外，由于该厂反硝化滤池前端的工艺段高效沉淀池出水有跌落现象，会充氧发生硝化反应，因此出水硝酸盐氮数值会升高。因第Ⅲ阶段氧化沟出水端所测硝酸盐氮浓度已降低至8.8mg/L，即使后续工艺段硝酸盐氮浓度上升，出水硝态氮浓度最高为11.2mg/L，出水总氮仍然能达到排放标准。

当进水碳氮比分别为3.0、2.5、2.0时，均为第Ⅰ阶段硝态氮的平均去除率最高，到了第Ⅱ、Ⅲ阶段，硝态氮去除率逐步下降。

如图3所示，三个阶段的碳源投加，反硝化滤池出水硝态氮和出水总氮均在15mg/L以下，出水总氮可满足《厦门市水污染物排放标准》（DB35 322—2018）C级标准，且对总氮的去除率都能达到50%以上。第Ⅰ阶段乙酸钠平均药耗为58.3mg/L，第Ⅱ阶段的平均药耗为47.9mg/L，第Ⅲ阶段的平均药耗为33.5mg/L，随着试验进展，逐步减少乙酸钠的投加量，乙酸钠药耗从最高的79.5mg/L降至最低26.0mg/L，期间出水总氮数值较为稳定，均能够满足厦门市地标C级标准。可以看出，当乙酸钠投加在氧化沟进水端，出水总氮能够达到排放标准，且药耗较低，较为经济。

图3 碳源在不同工艺段投加对出水总氮和硝态氮的影响

2.2 对总磷的影响

如图4所示，观察在不同工艺段投加碳源对总磷的影响，其中第I阶段的进水碳磷比为20.0，乙酸钠平均药耗为52.9mg/L，第Ⅱ阶段的进水碳磷比为21.7，乙酸钠平均药耗为47.9mg/L，第Ⅲ阶段的进水碳磷比为23.1，乙酸钠平均药耗为33.5mg/L，随着进水碳磷比的增加，乙酸钠药耗逐步下降，出水总磷几乎都在0.1mg/L以下。第Ⅰ阶段总磷的平均去除率在98%以上，第Ⅱ阶段当乙酸钠同时投加在氧化沟进水前端和反硝化滤池进水前端时，总磷去除率出现波动，但去除率还是在92%以上，第Ⅲ阶段当乙酸钠全部投加在氧化沟进水前端时，虽然乙酸钠药耗减少了，但是总磷去除率达到 98% 以上，保持较高的水平，说明乙酸钠无论投加在氧化沟进水端还是投加在反硝化滤池进水端，对总磷都有较好的去除效果。

图4 碳源在不同工艺段投加对出水总磷的影响

2.3 对COD的影响

在不同工艺段投加碳源如图5所示，第Ⅰ阶段出水COD均值为14.7mg/L ，乙酸钠药耗为58.4mg/L，COD去除率为92%；第Ⅱ阶段出水COD均值为17mg/L，乙酸钠药耗为47.9mg/L，COD去除率为92.3%；第Ⅲ阶段出水COD均值为20mg/L，乙酸钠药耗为33.5mg/L，COD去除率为89.3%，与其他两个阶段相比，第Ⅲ阶段的出水COD均值有所上升，COD去除率下降，说明该阶段的碳源没有全部利用完，造成出水COD数值增长，但是出水COD仍可满足《厦门市水污染物排放标准》（DB35 322—2018）C级标准，且COD的去除率都能达到82%以上。综上，当乙酸钠投加在氧化沟进水端时，所用药耗最低，能达到相应的处理效率。

图5 碳源在不同工艺段投加对出水COD的影响

2.4 环境与经济效益分析

对上述试验进行比较可知，当乙酸钠投加在反硝化滤池进水前端时平均药耗为58.4mg/L，当乙酸钠投加在氧化沟进水前端时的平均药耗为33.5mg/L，在处理效率相近的情况下，乙酸钠投加在氧化沟进水端时药耗更低，一年能减少乙酸钠加药量约200吨，乙酸钠的采购价格经常波动，按照平均采购价格1500元/吨来计算，一年节省费用约30万元。

3 结论

在反硝化滤池进水端和氧化沟缺氧段补充碳源乙酸钠之后，出水总氮、总磷均可实现一定的去除效果，出水指标能够满足《厦门市水污染物排放标准》（DB35 322—2018）C级标准。随着乙酸钠药耗的增加，总氮去除率逐步提高。

当进水碳氮比在3.0以上、乙酸钠药耗在40mg/L时，总氮还是能够保持较高的去除率，当进水碳氮比低于3.0，需要加大乙酸钠的药耗补充碳源，才能保证出水总氮的去除率在70%以上。

当乙酸钠投加在反硝化滤池进水端时，可以有效去除硝态氮和总氮，但是当乙酸钠开始逐步投加在氧化沟缺氧段时，反硝化滤池出水硝态氮去除率下降，反硝化滤池的反硝化作用逐渐降低，再加上出水跌落充氧现象，会出现反硝化滤池出水硝态氮比氧化沟出水硝态氮高的情况。

当乙酸钠投加在氧化沟缺氧段时，虽然乙酸钠的药耗比投加在反硝化滤池进水端的低，但出水总氮仍然能够满足《厦门市水污染物排放标准》（DB 35322—2018）C级 排 放限值及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，因此在氧化沟缺氧段投加乙酸钠药剂，既能保持处理率，又能减少乙酸钠药耗。

综上所述，乙酸钠投加在氧化沟进水前端、药耗在40mg/L左右能有效减少乙酸钠的使用量，节省药耗，并且保证污染物的去除率。若该厂未来排放标准继续提高，可考虑恢复在反硝化滤池进水端投加碳源。